Desarrollo con I+D: Hormigón nanotecnológico, un avance para el sector

De acuerdo a los investigadores, este hormigón tiene el mismo aspecto que uno normal pero, gracias a la nanotecnología utilizada en su desarrollo, es sustantivamente más liviano, con resistencias mecánicas similares a los hormigones clásicos.

Equipo Editorial BiT

El pasado miércoles 23 de noviembre, se desarrolló una visita al Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y Nanotecnología (CEDENNA), donde se presentó una Feria Nanotecnológica: muestra instalada especialmente para la actividad y cuyo objetivo era poder acercar los avances científicos nacionales que utilizan la nanotecnología para entregar soluciones a desafíos de sectores como la construcción, minería, agroindustria y alimentos. Uno de los proyectos presentados fue un “hormigón nanotecnológico”: hormigón aislante estructural, que dentro de la norma chilena califica como estructural nanotecnológico y que tiene la densidad suficiente para ser catalogado como liviano o aislante térmico.

Según cuenta el doctor Roberto Lavín, Director del Instituto de Ciencias Básicas de la Universidad Diego Portales (UDP) e investigador asociado a CEDENNA, la investigación de este desarrollo comenzó con una motivación meramente científica de dilucidar y entender cómo se comportan estos extraños materiales llamados nanoestructuras; materiales de tamaño intermedio entre el tamaño atómico y el de los microbios y entender además, su efecto al mezclarlos con otros materiales para formar compuestos con nuevas propiedades inexistentes en los macromateriales (materiales normales). “Cuando ya alcanzas un cierto nivel de entendimiento se hace insuficiente solo entenderlos, ya quieres pasar al siguiente nivel y aplicarlos a algo útil. Por otro lado, y naturalmente debido a nuestra experticia en fabricación, manipulación y caracterización de nanomateriales y a nuestro interés por llevar el conocimiento generado más allá de las fronteras de los laboratorios y los artículos científicos, nace la idea de investigar el efecto de la inclusión de nanomateriales en materiales cementicios”, detalla, agregando que junto con estudiantes de ingeniería civil en obras civiles y el apoyo de CEDENNA y la UDP, comenzaron a investigar el efecto de un tipo de nanoestructuras en el hormigón. “Mezclar materiales suena sencillo, pero la verdad es que manipular y mezclar nanopartículas es todo un desafío, ya que para que estas mantengan sus propiedades y el efecto deseado, deben cumplir una serie de condiciones en el compuesto para que el material sea viable, como por ejemplo que las nanopartículas estén dispersas y estables”, explica Lavín.

Características y objetivos del proyecto

De acuerdo al doctor Lavín, en un proyecto de investigación anterior habían logrado mejorar sustantivamente la resistencia mecánica a la compresión de materiales cementicios con bajísimas dosis de nanomateriales. “El hormigón se hacía más resistente a los esfuerzos de compresión, a la erosión y menos permeable, al incorporar determinadas nanoestructuras en dosis específicas. Los resultados eran consistentes y muy reproducibles”, explica, agregando que en aquella época, además se estaba empezando a hablar desde entidades gubernamentales (en Chile) de la necesidad de mejorar las normativas térmicas para las construcciones habitacionales, lo cual suponían representaba una preocupación para la industria de la construcción nacional, ya que si las normativas térmicas se hacían más exigentes, podría ocurrir que los actuales sistemas constructivos en hormigón no cumplieran con los nuevos requerimientos. “Rápidamente nos dimos cuenta que esto representaba todo un desafío que no se veía fácil de resolver desde los sistemas clásicos de aislación térmica y sistemas constructivos tradicionales. Al menos, no para la construcción habitacional a base de hormigón, ya que los materiales de alta densidad como el acero y el hormigón tienen muy buena resistencia mecánica pero casi nula aislación térmica. Y por otro lado, los materiales aislantes térmicos son de baja densidad y por ende tienen casi nula resistencia mecánica”, detalla el investigador.

Esta intersección de resistencia mecánica y aislación térmica parecía entonces no realizable en un mismo material compuesto. “Con nuestros resultados previos sobre el aumento de resistencia mecánica en hormigones normales con nanomateriales, nos dimos cuenta que quizás era posible realizar un hormigón liviano (de baja densidad) que tuviera un desempeño energético bueno (aislación térmica) y un buen desempeño mecánico”, cuenta Lavín, agregando, que con esta idea en mente comenzaron la investigación, la cual derivó en la fabricación de un hormigón a base de cemento, áridos livianos y pétreos, además de un nanocompuesto, que les permite generar un hormigón liviano y estructural (bajo la actual normativa chilena de hormigones livianos y estructurales). “Este hormigón tiene el mismo aspecto que uno normal pero es sustantivamente más liviano, con resistencias mecánicas similares a los hormigones clásicos. Es un hormigón de baja densidad pero fuerte, que se puede elaborar además en diferentes dosificaciones según los requerimientos constructivos”, señala.

Nanotecnología

Según explica el doctor Lavín, las nanoestructuras son las que le otorgan una mayor resistencia mecánica al hormigón. Estas actúan a nivel nanométrico y micrométrico en la matriz del cemento favoreciendo el proceso de hidratación de la pasta de cemento y funcionando como un relleno (a nivel nanométrico), lo que resulta en una pasta de cemento más fuerte y densa a este nivel.

El nanocompuesto también puede aportar a la aislación térmica del hormigón pero a través de un mecanismo de bloqueo de la radiación térmica. Si bien, esto último no es el foco de este material, podría hacerse. “Sabemos cómo realizarlo, pero por ahora no nos enfocamos en este mecanismo de transferencia de calor, ya que no es el principal factor de pérdida de eficiencia térmica de los sistemas constructivos, sino que es el mecanismo de conductividad térmica”, explica Lavín, agregando que para disminuir la conductividad térmica del hormigón, incorporaron materiales o áridos livianos. “Incorporar un árido liviano es una parte sencilla, no hay nada muy nuevo, ya que hay sistema similares como el hormigón celular y otros. El avance real y la clave de este material son las nanoestructuras, que son las que le devuelven al hormigón liviano la resistencia mecánica suficiente para dejarlo en los estándares de un hormigón liviano estructural. También hay un aporte del tipo de árido liviano, algunos pueden resultar mejores que otros, pero la clave está en el nanocompuesto”, cuenta el investigador.

Respecto a propiedades sísmicas, este nuevo material fue ensayado bajo los estándares internacionales de resistencia mecánica y térmica de materiales constructivos y materiales cementicios, aunque aún no se han realizado ensayos sísmicos a escala real. “Es importante aclarar que sabemos se comportará de la misma manera que un hormigón normal, ya que realmente la resistencia sísmica de las estructuras de hormigón se la otorga la armadura de acero (el acero que conforma el esqueleto del hormigón armado)” explica Lavín, agregando que el hormigón está diseñado para resistir grandes esfuerzos de compresión, pero no flexión. “La resistencia sísmica de la estructuras de hormigón la otorga el acero del hormigón armado, por lo cual nuestro hormigón liviano estructural se comportará de igual manera ante la sismicidad. En la caracterización de los hormigones se realizan ensayos de compresión y flexión, los mismos que nosotros realizamos a nuestro material. Luego, con estos hormigones se construyen edificaciones de hormigón armado, que son las que soportan los sismos”, detalla.

Resultados y desafíos

Según cuenta Lavín, los principales resultados responden a la elaboración misma del material, ya que no se encontraron antecedentes de uno similar ni en Chile ni el mundo, al menos no en el ámbito de las patentes y materiales comercializados. Además, este hormigón nanotecnológico puede elaborarse en diferentes dosificaciones según los requerimientos específicos de construcción.

Por el momento, este material está en proceso de patentamiento, el cual debería llegar a puerto dentro de unos meses. “Sabemos que tiene grandes probabilidades de que se patente ya que en el estudio técnico previo no encontramos ninguna patente de hormigón liviano estructural nanotecnológico”, cuenta el investigador, agregando que otra ventaja de este material es que dentro de los hormigones nanotecnológicos podría ser uno de los más rentables ya que la base química del nanocompuesto y su elaboración son de los más baratos de fabricar en el ámbito de la nanotecnología.